Система защиты от коррозии

 

Изобретение относится к области защиты от коррозии трубопроводов, уложенных в земле, резервуаров. Задача, решаемая изобретением, - улучшение защиты от коррозии. Согласно изобретению, система защиты от коррозии содержит удлиненный электрод, обычно анод, пригодный для использования в системе защиты от коррозии с приложенным током. Электрод содержит центральную удлиненную сердцевину, обычно металл, такой как медь, факультативно-проводящее полимерное соединение, окружающее металлическую сердцевину и имеющее более высокое электрическое удельное сопротивление, чем сердцевина, но находящееся в электрическом контакте с сердцевиной, гибкую оболочку, например оплетку из материи, содержащую внутри себя кокс в виде частиц, и натяжные обертки, размещенные вокруг гибкой оболочки. Натяжные обертки использованы для того, чтобы уплотнить частицы кокса относительно их уплотнения в отсутствие указанных натяжных оберток. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Это изобретение относится к длиннолинейному электроду, предпочтительно к длиннолинейному аноду, для системы защиты от коррозии с приложенным током, например, для защиты от коррозии уложенных (в земле) трубопроводов, или резервуаров, или других объектов.

Хорошо известны системы защиты от коррозии с приложенным током, в которых злектропроводящий объект защищается от коррозии путем установления разности потенциалов между объектом и отстоящим от него электродом. Объект и электрод соединены друг с другом через источник питания с постоянным знаком (постоянный ток или выпрямленный переменный ток), и цепь замыкается, когда в пространстве между объектом и электродом присутствует электролит. В большинстве таких систем с приложенным током объект является катодом (т.е. принимает электроны). Однако в случае объектов, которые могут быть пассивированы, например Ni, Fe, Cr и Ti и их сплавы, иногда также можно использовать системы с приложенным током, в которых объект является анодом. Как в катодной, так и в анодной системе объект часто снабжен защитным изолирующим покрытием; в этом случае приложенный ток протекает только по случайно оголенным участкам объекта. Если система должна иметь адекватный срок службы, сам электрод не должен подвергаться коррозии со скоростью, требующей его замены; это требуется в отличие от "расходуемых анодов", которые применяются в гальванических защитных системах. Электрод должен также иметь поверхность, которая не становится неэффективной из-за протекающего по ней тока или из-за электрохимических реакций, происходящих на этой поверхности, таких как выделение газа хлора.

Электрод и источник питания должны быть такими, чтобы плотность тока во всех точках объекта была достаточно высокой, чтобы предотвратить коррозию, но не такой высокой, чтобы вызвать проблемы, такие как повреждение объекта (например придание хрупкости) или отслоение от него защитного покрытия. Энергопотребление системы зависит, в числе прочего, от расстояния между разными частями объекта и электрода. Ввиду этих факторов теоретически наилучший вид электрода - это тот, который можно разместить так, чтобы он был относительно близко ко всем точкам на объекте. С этой целью он может иметь форму, в основном соответствующую форме объекта. Такой электрод называется здесь "распределенным электродом".

В ЕР 0067679 описывается распределенный электрод, обычно распределенный анод, содержащий металлическую, например медную, проводящую сердцевину и проводящую полимерную оболочку. В ЕР 0067679 описывается распределенный электрод, электрически активная внешняя поверхность которого имеет элемент, состоящий из проводящего полимера толщиной, как минимум, 500 мкм, предпочтительно, как минимум, 1000 мкм. Термин "проводящий полимер" используется здесь для обозначения соединения, содержащего полимерный компонент и диспергированный в полимерном компоненте состоящий из частиц проводящий наполнитель, который имеет хорошую стойкость к коррозии, в особенности сажу или графит. В частности, электрод содержит сердцевину с низким сопротивлением, электрически окруженную проводящим полимерным соединением, где анод является электродом, отстоящим от объекта, причем электрод имеет форму удлиненной гибкой полосы, которую можно сгибать под углом 90^oC по радиусу 10 см, причем электрод содержит: 1) непрерывную удлиненную сердцевину, состоящую из материала, имеющего удельное сопротивление при 23^oC менее 5·10⁴ Ом·см и сопротивление при 23^oC менее 0,03 Ом/м; и 2) элемент, который i) состоит из проводящего полимерного соединения, имеющего относительное удлинение, как минимум, 10% согласно стандарту ASTM D1708 Американского общества по испытанию материалов; ii) обеспечивает, как минимум, часть электрохимически активной внешней поверхности электрода; iii) имеет вид покрытия, которое электрически окружает сердцевину и находится в электрическом контакте с сердцевиной и которое имеет толщину, как минимум, 500 мкм.

Когда анод на основе проводящего полимера, как он описан в ЕР 0067679, используется один для катодной защиты спустя многие годы и в экстремальных условиях окружающей среды, некоторое количество углерода в проводящей полимерной оболочке может расходоваться как часть электрохимического процесса защиты от коррозии. Поэтому также известно, в случае защиты от коррозии уложенных в почве объектов, использование вокруг анода засыпки из коксовой мелочи. Так, например, для защиты уложенных трубопроводов в земле нужно вырыть траншею рядом с трубопроводом, и когда в траншею травится анод на основе удлиненного проводящего полимера, он окружается слоем (например, толщиной около 50 мм) коксовой мелочи до засыпки сверху землей. Этот процесс описан, например, во "Внешнем ремонте трубопроводов" Р.Джона, в "Pipeline Magazine", октябрь 1990г. Коксовая мелочь создает большую общую поверхность анода и также уменьшает общее сопротивление системы.

Известно также создание системы защиты от коррозии с удлиненным анодом, в которой имеется коксовая мелочь вокруг удлиненной сердцевины и проводящего полимерного слоя, заранее упакованная в оболочку из нейлоновой материи. Нейлоновая оболочка служит в этом случае средством подачи кокса. Более того, известно, что удлиненный анод с улучшенными характеристиками можно получить не только наличием кокса или другой богатой углеродом среды вокруг удлиненной проводящей сердцевины проводящего полимерного слоя, но и конкретным выбором материала оболочки, содержащего богатый углеродом материал. Известно, что предпочтительно выбирать материал оболочки таким, чтобы он был стоек к воздействиям окружающей среды, особенно к воздействию кислот и хлора. Результат этого выбора материала оболочки состоит в том, что богатый углеродом материал остается в большой близости с удлиненной проводящей сердцевиной и с проводящим полимерным слоем, окружающим удлиненную сердцевину, в ходе использования анода. Это описано в WO 93/02311 (RK 463).

Мы же обнаружили, что рабочие характеристики электрода, обычно анода, описанного в WO 93/02311, или известного электрода (обычно анода), содержащего коксовую мелочь, подаваемую в нейлоновой оболочке, или характеристики любой электропроводящей удлиненной сердцевины, которая окружена электропроводящим расходуемым наполнителем, содержащимся в материи или в другой гибкой оболочке, можно улучшить путем размещения вокруг оболочки натяжных оберток, наложенных так, чтобы лучше уплотнить наполнитель внутри оболочки.

Соответственно, это изобретение обеспечивает систему защиты от коррозии с удлиненным электродом, содержащую: 1) электропроводящую удлиненную сердцевину; 2) гибкую оболочку, окружающую удлиненную сердцевину и содержащую в пространстве между собой и сердцевиной богатый углеродом материал в форме частиц, предпочтительно кокс; 3) натяжные обертки, натянутые вокруг гибкой оболочки, так что уплотнение частиц богатого углеродом материала увеличивается относительно уплотнения в отсутствии этих оберток.

Предпочтительно удлиненная сердцевина содержит внутреннюю сердцевину, которая сама по себе проводящая и которая окружена другим проводящим слоем, предпочтительно слоем проводящего полимера. Слой проводящего полимера предпочтительно имеет более высокое удельное сопротивление, чем внутренняя сердцевина, и находится в электрическом контакте со внутренней сердцевиной.

Предпочтительно внутренняя сердцевина состоит из материала, имеющего удельное сопротивление при 23^oC менее 5·10⁴ Ом·см и сопротивление при 23^oC менее 0,03 Ом/м. Предпочтительно внутренняя сердцевина выполнена из металла. Например, внутренняя сердцевина может быть из меди.

Внутренняя сердцевина предпочтительно окружена проводящим полимерным соединением, но это изобретение также включает в свои рамки систему защиты от коррозии, в которой сердцевина не имеет окружающего слоя и находится в непосредственном контакте с богатым углеродом материалом, и системы, в которых сердцевина окружена слоями других проводящих материалов. Слои других проводящих материалов предпочтительно менее проводящие, чем внутренняя сердцевина. Один из примеров другого материала, который можно использовать для окружения внутренней сердцевины, - это металл или окись металла или их комбинация.

Во избежание сомнений, мы поясняем, что термин проводящий полимер, означающий соединение, содержащее полимерный компонент и диспергированный в нем состоящий из частиц проводящий наполнитель, включает в себя те соединения, в которых полимерный компонент является термопластиком, резиной или термопластической резиной, например, бутил или нитрил резиной, гомополимерами и сополимерами олефина и другими материалами, например, как изложено на стр.4, строки 20-25, ЕР-В-0067679.

Относительное уплотнение богатого углеродом материала в оболочке измеряется, согласно изобретению, путем использования аппарата, известного как "анализатор текстуры". Аппарат состоит из узла пробника, фиксированного к приводимой в действие двигателем, двунаправленной нагрузочной ячейке. Пробник вводится вертикально в образец с установленной скоростью (в нашем случае 2 мм/сек) и на установленную глубину (в нашем случае 1 мм). Сопротивление устройства уплотнению измеряется как вес (в граммах), необходимый, чтобы втолкнуть пробник в образец. Используемый пробник - это шарик из нержавеющей стали диаметром 6,35 мм. Чем выше зафиксированный вес, тем выше сопротивление проникновению, т.е. тем лучше уплотнение богатого углеродом материала в оболочке.

Богатый углеродом материал в виде частиц предпочтительно находится в виде порошка.

Как говорилось, оболочка гибкая. Под этим мы имеем в виду, что ее можно деформировать в другую конфигурацию перемещением внутри нее богатого углеродом материала или/и действием натяжных оберток, размещенных вокруг нее. Наиболее предпочтительно, чтобы оболочка была полимерной.

Натяжные обертки могут принимать любые подходящие конфигурации. Особенно предпочтительно, чтобы натяжные обертки имели вид оплетки. К числу других возможных конструкций относятся обернутые по периферии окружности тяги (стяжки) или обернутые по спирали стяжки. В случае спирально обернутых стяжек, можно применять две стяжки, обернутые в противоположных направлениях. Эти тяги (стяжки) могут постоянно прикрепляться друг к другу у перекрестия над точками, или у некоторых из перекрестий, так чтобы тяги не разматывались при повреждении у одной из точек вдоль анода.

Натяжные обертки накладываются с достаточным натяжением, чтобы сжать и уплотнить состоящий из частиц и богатый углеродом материал внутри оболочки. Предпочтительно обертки накладываются так, чтобы развить направленное радиально вовнутрь усилие, чтобы достичь уплотнения. В случае оплетки радиальное усилие может, например, развиваться путем растягивания оплетки в продольном направлении, что приводит к уменьшению диаметра оплетки. Натяжные обмотки можно также делать из дающего при нагреве усадку материала. Такие материалы хорошо известны.

Гибкая оболочка, непосредственно окружающая состоящий из частиц, богатый углеродом материал, может содержать материю или непрерывный материал, например пленку или лист. Конечно, материал должен быть проницаемым для ионов, чтобы позволять прохождение ионов в электрохимическом процессе, который создает защиту от коррозии. В одном примере реализации материал оболочки может содержать отверстия размером в несколько микрон, десятки микрон или даже до 0,5 см и более. Однако отверстия должны быть достаточно малы, чтобы удерживать в принципе весь богатый углеродом материал внутри оболочки рядом с электродом. Это зависит от природы применяемого богатого углеродом материала. Аналогичным образом, натяжные обертки должны соответствующим образом отстоять друг от друга, чтобы позволять прохождению через них ионов с одновременным поддержанием адекватно направленного вовнутрь усилия над поверхностью окружающей электрод оболочки, чтобы обеспечить повышенное уплотнение богатого углеродом материала. Однако натяжные обертки не удерживают кокс, их функция - поддерживать уплотнение. Удержание кокса осуществляется оболочкой.

Использование натяжных оберток таким образом удобно создает намного улучшенное уплотнение богатого углеродом материала. С использованием описанного выше испытания усилие, необходимое для проникновения в уплотненные частицы внутри гибкой оболочки, составляет предпочтительно, как минимум, в 1,2 раза, более предпочтительно в 2, 3 или даже 4 раза большее, чем необходимо для получения такого же проникновения в отсутствие натяжных оберток. Испытания проводились, чтобы установить степень уплотнения с использованием вышеописанного анализатора текстуры, откалиброванного таким образом, что максимальный прилагаемый вес составлял 100 г. Испытания не покрытых сверху оплеткой образцов электродов показали, что требовались веса в диапазоне около 150 - 800 г для достижения установленного проникновения в 1 мм, тогда как при покрытых сверху оплеткой образцах требовались веса, как минимум, 900 г для достижения проникновения в 1 мм, и часто максимального веса в 1000 г было недостаточно для достижения проникновения в 1 мм. Эти большие величины веса достигались последовательно с покрытыми оплеткой образцами. В отличие от этого не покрытые оплеткой образцы иногда показывали относительно хорошее сопротивление проникновению (вес до 800 г требовался для достижения проникновения в 1 мм), но часто показывали очень плохое сопротивление проникновению (веса всего в 150 г требовались для достижения проникновения в 1 мм). Другими словами, покрытие сверху оплеткой создает средство, позволяющее последовательно достигать хорошего уплотнения богатого углеродом материала в оболочке и соответственно большого сопротивления проникновению.

Уплотнение богатого углеродом материала вокруг сердцевины полезно по ряду причин, некоторые из которых носят электрохимический характер. Никоим образом не ограничивая изобретения, считается, что одно электрохимическое преимущество улучшенного уплотнения состоит в том, что оно может понизить радиальное сопротивление массы богатого углеродом материала или/и может уменьшить контактное сопротивление между сердцевиной и богатым углеродом материалом. Также существует мнение, что с таким уплотнением большинство электрохимических реакций, если в принципе не все они, будет происходить у внешней границы уплотненного богатого углеродом материала, а не у внешней границы сердцевины. Поэтому в электрохимических реакциях, обеспечивающих защиту от коррозии, состоящий из частиц богатый углеродом материал будет расходоваться предпочтительнее, чем любой углерод в сердцевине, например, любой углерод в проводящем полимерном материале в случае сердцевины, содержащей внутреннюю сердцевину, окруженную проводящим полимерным слоем.

Желательно, чтобы сердцевина электрода была в принципе центрирована внутри окружающего богатого углеродом материала и внутренней оболочки электрода. Это имеет преимущества, поскольку, если сердцевина смещена относительно центра, будут существовать относительно более короткие пути для ионов через богатый углеродом материал к сердцевине. Эти более короткие пути будут действовать как "закоротки", где будут концентрироваться электрохимические реакции. Это короткое замыкание может неблагоприятно привести к коррозии сердцевины в местах замыкания, например, проводящего полимерного материала в случае электрода, содержащего проводящий полимерный материал, окружающий внутреннюю сердцевину. Это может сократить срок службы электрода. Предпочтительно разница между максимальным и минимальным расстоянием между оболочкой и сердцевиной составляет самое большое 25%, более предпочтительно самое большое 12% или даже 10% от указанного минимального расстояния, т.е. расстояние между оболочкой и сердцевиной отличается на самое большое 25%, более предпочтительно самое большое на 12% или даже 10% по длине электрода.

Как пример одного примера реализации согласно изобретению, минимальное расстояние между оболочкой и сердцевиной составляет около 13 мм, и оно меняется на плюс-минус 2 мм, предпочтительно на плюс-минус 1 мм, по длине электрода.

Другое важное преимущество уплотнения, достигаемого использованием натяжных оберток, это то, что сердцевина в принципе центрирована внутри материала оболочки во время изготовления, затем эта центровка поддерживается компактным богатым углеродом материалом вокруг сердцевины в течение последующего манипулирования (например, намотки, хранения, перевозки и установки) электродом.

Другая мера, относящаяся к центровке сердцевины в оболочке, - это разница в диаметре наполненной оболочки, измеренная во взаимно перпендикулярных направлениях. Предпочтительно разница диаметров в любой точке измерения вдоль электрода составляет самое большое 10%, предпочтительно самое большое 7%, особенно предпочтительно самое большое 5% от минимального диаметра в точке измерения. Другими словами, диаметры, измеряемые во взаимно перпендикулярных направлениях в любой точке по длине электрода, отличаются самое большое на 10%.

Использование натяжных оберток согласно изобретению особенно желательно в ситуациях, когда иначе трудно удерживать уплотнение богатого углеродом материала или/и хорошую центровку сердцевины в оболочке после первоначального изготовления электрода. Один из примеров, когда это так, - это когда материал, используемый для гибкой оболочки, окружающей богатый углеродом материал, сам по себе относительно эластичный. Другой пример - это когда оболочка - это оберточная оболочка, которая замыкается и превращается в трубчатую конфигурацию посредством склеивания или механического закрепления перекрывающихся областей оболочки, и замкнутое пространство обычно отклоняет от центра сердцевину внутри оболочки.

Перекрывающиеся участки могут быть организованы, например, как соединение внахлестку или как вертикальное или направленное вовнутрь пластинчатое соединение (шов), и обе эти конфигурации описаны в WO 93/02311, и обе они могут иметь тенденцию в отсутствие натяжных оберток: уменьшать хорошую центровку сердцевины внутри внешней гибкой оболочки. Другой фактор, который может снижать хорошую центровку и уплотнение богатого углеродом материала внутри внешней оболочки, - это манипулирование электродом до установки его на месте или во время такой установки. Часто электрод бывает длиной много метров, и его удобно наматывать на барабаны для хранения и доставки. Реальная намотка на барабаны, хранение и перевозка барабанов с последующим манипулированием электродом во время его установки, - все это может повлиять на уплотнение или/и центровку сердцевины в оболочке в отсутствие натяжных оберток этого изобретения.

Упомянутые выше диапазоны значений для (1) уплотнения (измеряемого как сопротивление проникающему весу), (2) разницы диаметров оболочки во взаимно перпендикулярных направлениях и (3) разницы между максимальным и минимальным расстоянием между оболочкой и сердцевиной предпочтительно также имеют место после следующих процедур: а) намотки электрода на барабан с диаметром, в 8 раз превышающим диаметр электрода, хранения электрода на барабане в течение 12 часов с последующей размоткой для испытания;
б) вибрации отрезка электрода, намотанного на катушку (с диаметром как в (а)) на вибростенде с амплитудой 1 см при частоте 4 Гц.

Указанные процедуры (а) и (б) предназначены имитировать соответственно условия хранения и условия транспортировки, которые может встретить электрод.

Считается, что в принципе центрированный удлиненный элемент, способный поддерживать такую центровку, является новым. Поэтому другой аспект изобретения предусматривает наличие системы защиты от коррозии, содержащей удлиненный электрод, включающий в себя:
1) непрерывную электропроводящую удлиненную сердцевину;
2) гибкую оболочку, окружающую сердцевину и содержащую между собой и сердцевиной богатый углеродом материал в виде частиц, предпочтительно кокс;
3) натяжные обертки, натянутые вокруг гибкой оболочки, причем сердцевина в принципе центрирована внутри оболочки и эта принципиальная центровка удерживается, когда удлиненный элемент подвергается одному или обоим из следующих испытаний:
а) намотка на барабан с диаметром в 8 раз больше диаметра удлиненного элемента, хранение удлиненного элемента на барабане в течение 12 часов с последующей размоткой;
б) вибрация отрезка удлиненного элемента, намотанного на катушку (с диаметром как в (а)), на вибростенде с амплитудой 1 см при частоте 4 Гц.

Как и в случае 1-го аспекта изобретения, предпочтительно, чтобы сердцевина содержала внутреннюю сердцевину и проводящее полимерное соединение, которое электрически окружает внутреннюю сердцевину, имеет более высокое электрическое удельное сопротивление, чем у внутренней сердцевины, и находится в электрическом контакте со внутренней сердцевиной. Однако предусматриваются также примеры реализации, в которых внутренняя сердцевина не покрыта или покрыта металлом, окисью металла или их комбинацией.

Поддержание уплотнения богатого углеродом материала вокруг сердцевины особенно важно до самого момента установки электрода. После установки (обычно в земле) окружающая почва также будет стремиться удерживать уплотнение.

Использование натяжных оберток, окружающих гибкую оболочку, также стало дополнительным преимуществом, которое в зависимости от используемого материала может повысить сопротивление истиранию электрода. Сопротивление истиранию - это особенно важный параметр, если электрод нужно укладывать в почву, где камни могут истирать электрод.

Как говорилось выше, натяжные обертки, используемые в изобретении, предпочтительно имеют вид оплетки. Предпочтительно оплетка образует, как минимум, 10%, предпочтительно, как минимум, 20%, более предпочтительно, как минимум, 25% и для некоторых применений, как минимум, 40% покрытия (т.е. площади поверхности покрытия, лежащей ниже гибкой оплетки). Оплетку можно рассматривать как ряд смежных отверстий в форме ребра, и в одном предпочтительном примере реализации используется оплетка с прядями, которые достаточно тонко прослаиваются, чтобы получить оплетку, в которой 20-31, предпочтительно около 26 ромбов пересекают отрезок длиной 25 см. При правильном выборе волокон для оплетки это может дать покрытие оплетки около 25%. В другом предпочтительном примере реализации используется оплетка с прядями, достаточно тонко прослоенными, чтобы дать оплетку, в которой 50-70, предпочтительно около 60 ромбов пересекают отрезок длиной 25 см. При правильном выборе волокон для оплетки это может дать покрытие оплетки около 43%. Предпочтительно размер через любое отверстие в оплетке находится в диапазоне от 0,1 до 1,5 см, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1,5 см.

Предпочтительно волокна или нити, используемые в оплетке, имеют диаметр от 0,20 до 0,50 мм. Волокна с относительно большим диаметром, например от 0,38 до 0,50 мм, могут создать лучшее натяжение уплотненного богатого углеродом материала и дать возможность лучшего контроля в процессе оплетания.

Предпочтительные материалы для изготовления натяжных оберток это материалы с хорошей механической прочностью и с относительно хорошей стойкостью к воздействию кислот и хлора (фактор, важный при выборе материала для оболочки, как изложено ниже). Предпочтительные материалы - это полимеры, но можно использовать и любой материал, способный создать достаточное натяжение для уплотнения. Особенно предпочтительный материал - полиэфир, особенно Diolene, выпускаемый фирмой Enka.

Для натяжных оберток предпочтительно используются волокна в виде одиночных нитей или пучков. Если используются пучки, волокна в пучке могут перекручиваться, но предпочтительно они не закручены и размещены рядом друг с другом.

Гибкая оболочка, содержащая богатый углеродом материал, может иметь круглую конструкцию или оберточную конструкцию. Если это материя, круглая конструкция может получаться круговым тканием, вязкой, плетением, или же она может основываться на нетканой материи. В других примерах реализации матерчатая оболочка является оберточной, и продольные края материи соединены друг с другом. Края оберточной конструкции могут, к примеру, соединяться встык и склеиваться друг с другом в вертикальной полосе (ребре) (который может направляться внутрь или вовне оболочки). Как альтернатива, продольные края могут просто перекрываться и сцепляться друг с другом. Сцепление может производиться механическими средствами, такими как сшивание (можно использовать один шов или несколько швов), крючки и петли, например полоска Velrco, проволочные скобы, заклепки, использование зажимов или защелок, или же сцепление может предполагать использование адгезивов, или же сцепление может производиться сваркой, например сверхзвуковой сваркой, воздушной сваркой, сваркой с "горячим клином", радиочастотной сваркой, включая нагрев, или сваркой в растворителе.

При использовании сшивания обычно делают 3-10 стежков на дюйм. Виды стежков могут быть, например, стежки цепочкой с двойной нитью, запорные стежки или оверлок с 3-мя нитями. К числу пригодных нитей для шитья относятся PTFE и Dralon T (фирма Bayer). Другие пригодные способы сцепления будут очевидными для специалиста. Можно также использовать комбинации методов соединения, например, склеивание адгезивом в сочетании с механическими средствами. Выбранный способ соединения зависит от природы выбранного материала оболочки. При применении адгезива, одного или в комбинации с другим методом сцепления, примеры пригодных к использованию адгезивов включают в себя двухлористое соединение поливинилидена и его сополимеры (например, Saran фирмы Dow Chemical), поливинил хлорид и его сополимеры, смолы фторополимера, акриловые смолы и сополимеры акриловой кислоты или метакриловой кислоты (например, Primacor и Nucrel фирм Dow Chemical и DuPont соответственно).

Мы обнаружили, что применение натяжных оберток согласно изобретению также помогает удерживать свернутую конфигурацию оберточной оболочки, чтобы удерживать богатый углеродом материал внутри оболочки. В отсутствие натяжных оберток шов между продольными краями оберточной оболочки - это область потенциальной слабости, и использование натяжных оберток уменьшает эту слабость. (Специальный подбор механических или/и химических средств сцепления тоже может быть желателен для улучшения сцепления у продольного шва для удержания оберточной структуры). Улучшение, достигаемое использованием натяжных оберток, особенно очевидно при использовании клейкого сцепления-шва, поскольку при температурах выше 70^oC, или даже 80^oC или 100^oC, клейкое сцепление (в зависимости от выбора адгезива) может не выдержать.

Использование натяжных оберток согласно изобретению поэтому расширяет диапазон затворов, которые можно использовать для оберточной оболочки, поскольку они помогают сохранять свернутую конфигурацию оберточной оболочки.

Как указывалось выше, стойкость к кислотам и хлору - это особенно предпочтительная черта гибкого материала оболочки. Эти черты изложены в WO 93/02311. Согласно этому патенту, материал гибкой оболочки полимерный и:
1) стойкий к кислотам до такой степени, что если секцию материала оболочки погрузить в соляную кислоту с концентрацией, как минимум, 0,01 N при 60^oC в течение 90 дней и затем подвергнуть испытанию на растяжение и построить график нагрузка-относительное удлинение по результатам испытания, то
а) максимальная нагрузка, зарегистрированная во время испытания, составляет, как минимум, 60%, предпочтительно 70%, более предпочтительно 80% от максимальной нагрузки, зарегистрированной для кривой нагрузка - относительное удлинение для аналогичной секции того же материала, который не погружался в эту соляную кислоту;
б) относительное удлинение этой секции при максимальной нагрузке составляет, как минимум, 60%, предпочтительно 70%, более предпочтительно 80% от относительного удлинения при максимальной нагрузке аналогичной секции, которая не погружалась в эту соляную кислоту;
2) стойкий к хлору до такой степени, что если секцию материала оболочки погрузить в окисленный гипохлорит натрия в течение 90 дней, в течение какового времени достаточно кислоты добавляется к раствору гипохлорита периодически, так что хлор присутствует постоянно (т.е. химический хлор), и затем эту секцию подвергнуть испытанию на растяжение и построить график нагрузка-относительное удлинение, то
а) максимальная нагрузка, зарегистрированная во время этого испытания, составляет, как минимум, 70%, предпочтительно 80%, более предпочтительно 90% от максимальной нагрузки, зарегистрированной для кривой нагрузка-относительное удлинение для аналогичной секции того же материала, который не погружался в раствор окисленного гипохлорита натрия;
б) относительное удлинение этой секции при максимальной нагрузке составляет, как минимум, 60%, предпочтительно 70%, более предпочтительно 80% от относительного удлинения при максимальной нагрузке аналогичной секции, которая не погружалась в раствор окисленного гипохлорита натрия.

Особенно предпочтительными материалами для гибкой оболочки являются полимеры или смеси полиакрилонитрила, частично или полностью галогенированные алифатические полимеры, в особенности поливинилиден хлорид или фторид политетрафтороэтилен, поли(этилен-тетрафтороэтилен), поли(этилен-тетрафтороэтилен), поли(этилен-хлоротрифтороэтилен), поливинил фторид, поливинилхлорид и поливинилацетат. Предпочтительные материалы на основе полиакрилонитрилов - это Dralon (Bayer), Orlon (DuPont), Courtelle (Courtaulds), Acrilan (Monsanto) и Dolan (Hoechst). Особенно предпочтительные материалы - это модакриловые полимеры, т.е. материал, содержащий между 35% и 85% полиакрилонитрила, например, Teklan (Courtaulds, который содержит 50/50 полиакрилонитрила/двухлористого соединения поливинилидена), Velicren (Enimont), SEF (Monsanto) и Kaneklon (соединение на основе винилхлорида, поставляемое фирмой Kanegafuchi). Другой предпочтительный материал - это Saran (сополимер PVDC фирмы Dow Chemical). Другой возможный, хотя менее предпочтительный, материал - это поли(бутилен-терефталат). Он имеет хорошую стойкость к хлору и желаемую стойкость к кислотам в среде около pH 2 (или в менее кислых средах). Однако его стойкость к кислотам в средах с pH, приближающихся к 0, менее благоприятна, чем у названных выше материалов.

Богатый углеродом материал, окружающий сердцевину, может, например, содержать частицы ламповой сажи или сажи, частички кокса, предпочтительно частички кокса с диаметром порядка 100-500 микрон, хотя можно применять другие большие размеры, природный графит, порошок углерода или коротко нарезанное волокно в волокнистой матрице, пиролизный графит, прошедший пиролиз полиакрилонитрил или стекловидный углерод.

На фиг.1 изображен продольный вид с частичным разрезом удлиненного элемента согласно изобретению; на фиг.2 - вид в поперечном разрезе устройства фиг. 1; на фиг.3 - вид в поперечном разрезе другого устройства согласно изобретению; на фиг.4 и 5 - виды сбоку дальнейших устройств согласно изобретению.

Как видно, фиг.1 и 2 показывают устройство 2, содержащее сердцевину 3, включающую в себя внутреннюю сердцевину в виде медной проволоки 4, окруженной проводящим полимерным слоем 6. Окружающий слой 6 - это коксовая мелочь 8 внутри заключающего слоя 10, содержащего ткацкое переплетение материала на основе полиакрилонитрила. Оболочку 10 окружают натяжные обертки в виде оплетки 11, сделанной из одиночных нитей полиэфира, достаточно плотно сплетенного и натянутого, чтобы создать более высокое уплотнение кокса внутри оболочки 10 по сравнению с уплотнением кокса в оболочке без внешней оплетки 11.

Как видно из фиг.2, оболочка 11 оберточного типа и продольные края 12 склеены друг с другом адгезивом 16. Внешняя оплетка 11 окружает место перекрытия и помогает удерживать оберточную конфигурацию в замкнутом виде, особенно при повышенных температурах.

На фиг.3 показано альтернативное соединительное приспособление, в котором продольные края рукава упираются в вертикальный шов, направленный вовне оболочки 10, причем два ряда стежков 14 проходят вдоль шва, и соединение на клее находится между швов. Опять же, наружная оплетка 11 окружает шов (который перегибается под действием оплетки) и помогает удерживать оберточную конфигурацию в замкнутом положении.

Вместо оберточной оболочки можно использовать материал в виде трубчатой оболочки (не показан).

На фиг.4 показан другой пример реализации, в котором гибкая оболочка 10, окружающая кокс (не показан), уплотняется кольцевыми стяжками 18, натянутыми вокруг оболочки 10, чтобы уплотнить кокс 8 по сравнению с его уплотнением в отсутствие стяжек 18.

Аналогичным образом, на фиг.5 показан другой пример реализации, в котором имеются натяжные обертки в виде 2-х наборов спирально обернутых стяжек 20 и 22, навитых в противоположных друг к другу направлениях. Стяжки 20 и 22 сцеплены друг с другом на каждом перекрестии в точке 24, так что в том случае, если часть одной из стяжек 20, 22 повреждается, вся спираль стяжки не разматывается.

Формула изобретения

1. Система защиты от коррозии, содержащая удлиненный элемент, включающий в себя электропроводящую удлиненную сердцевину и окружающую ее гибкую оболочку, содержащую в пространстве между ними богатый углеродом материал в виде частиц, предпочтительно кокс, отличающаяся тем, что она снабжена натяжными обертками, натянутыми вокруг гибкой оболочки для повышения уплотнения частиц богатого углеродом материала.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что удлиненная сердцевина включает в себя внутреннюю сердцевину и электрически проводящее полимерное соединение, окружающее внутреннюю сердцевину, имеющее по сравнению с ней более высокое электрическое удельное сопротивление и находящееся с ней в электрическом контакте.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что удлиненная сердцевина включает в себя внутреннюю сердцевину и слой электрически проводящего металла или окиси металла, окружающего внутреннюю сердцевину, имеющий по сравнению с ней более высокое электрическое удельное сопротивление и находящийся с ней в электрическом контакте.

4. Система по п.2 или 3, отличающаяся тем, что внутренняя сердцевина выполнена из материала, имеющего удельное сопротивление при 23^oC менее 5 · 10⁴ Ом · см и сопротивление при 23^oC менее 0,03 Ом/м.

5. Система по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что натяжные обертки выполнены в виде оплетки.

6. Система по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что натяжные обертки выполнены в виде кольцевых стяжек.

7. Система по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что натяжные обертки выполнены в виде одного или двух наборов спирально расположенных стяжек.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что натяжные обертки содержат два набора стяжек, намотанных в противоположных направлениях, причем стяжки предпочтительно сцеплены друг с другом в точках их перекрытия.

9. Система по п.5, отличающаяся тем, что оплетка образует как минимум 25% покрытия, предпочтительно как минимум 40% покрытия для находящейся под ней гибкой оболочки.

10. Система по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что измеряемые в перпендикулярных направлениях в любой точке вдоль удлиненного элемента диаметры оболочки имеют отклонение не более 10%.

11. Система по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что расстояние между оболочкой и сердцевиной выполнено с отклонением самое большое на 25%, предпочтительно самое большое на 10% по длине электрода.

12. Система по любому из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что гибкая оболочка выполнена в виде обертки, продольные края которой сцеплены друг с другом, при этом натяжные обертки окружают оболочку, включая ее сцепленные края.

13. Система по любому из пп.1 - 12, отличающаяся тем, что натяжные обертки содержат полиэфир.

14. Система по любому из пп.1 - 13, отличающаяся тем, что натяжные обертки выполнены из одиночных нитей или их пучков.

15. Способ защиты от коррозии, содержащая удлиненный электрод, включающий в себя электропроводящую удлиненную сердцевину и окружающую ее гибкую оболочку, содержащую в пространстве между ними богатый углеродом материал в виде частиц, предпочтительно кокс, отличающаяся тем, что она снабжена натяжными обертками, натянутыми вокруг гибкой оболочки, а сердцевина центрирована внутри оболочки, причем удлиненный электрод выполнен с сохранением центровки в случае, если электрод подвергнут одному или обоим из следующих испытаний: намотке на барабан диаметром, в 8 раз превышающим его диаметр, с последующим хранением на барабане в течение 12 ч, с последующей размоткой и/или вибрации его отрезка, намотанного на катушку диаметром, равным диаметру указанного барабана, на вибростенде с амплитудой 1 см при частоте 4 Гц.

Приоритет по пунктам:
21.04.94 по п.1 и пп.1 - 15;
13.06.94 по пп.2 и 3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5